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摘要：凝胶聚合物电解质的物理状态介于液态和固态电解质之间，将液体电解质的离子导电性能和固态电解质的机械性能结合在一起。本文以凝胶聚合物电解质为研究对象，对凝胶聚合物电解质的种类、制备方法进行了简要的概述。
关键词：锂离子电池；凝胶聚合；物电解质
引言
凝胶聚合物电解质中，聚合物基体可保障电解质的机械性能。凝胶聚合物电解质包括聚合物基体、锂盐。由于聚合物基体的种类很多，所以凝胶聚合物电解质的种类也很多，有很多划分方法。以结构划分，有交联和非交联的，一般而言，交联型的凝胶聚合物电解质比非交联型的机械稳定性好。根据聚合物基体，凝胶聚合物电解质可分为聚醚系(PEO)、聚偏氟乙烯系(PVDF)、聚乙烯系(PVC)、聚丙烯腈系 (PAN)、聚甲基丙烯酸甲酯系(PMMA)等。
1 凝胶聚合物电解质体系
1.1 PEO基凝胶聚合物
PEO是一种水溶性树脂，熔点只有65℃左右，所以不适宜在高温条件下使用。PEO原料丰富，价格低廉，广泛用于固态电解质中。PEO基凝胶聚合物电解质中，既有聚合物链段传递锂离子，也有增塑剂富集相可实现锂离子的迁移。为了提高PEO基电解质的离子电导率，必须对它进行改性。共混、共聚、交联、增塑剂和无机纳米粒子的添加等是普遍使用的方法[1-2]。
1.2 PAN基凝胶聚合物电解质
PAN具有合成工艺简单、材料阻燃性和耐热性能优异等优点[3]。PAN自身的离子电导率只有10-3数量级，可以通过有机溶液增塑提高其电化学性能。PAN基凝胶聚合物电解质中，因为聚丙烯腈中的腈基与锂离子之间相互作用，锂离子同时在增塑剂中和聚合物基体中发生离子迁移。PAN用于锂二次电池时，锂电极钝化严重，独立的PAN基电解质膜的机械性能不好。将PAN和PEO共混的凝胶聚合物电解质，其机械稳定性和电化学稳定性都很好。
1.3 PMMA基凝胶聚合物电解质
PMMA为非晶体聚合物，聚合物基体中的羰基可与碳酸酯类增塑剂中的氧原子发生强的相互作用，所以PMMA基凝胶聚合物电解质吸液率高[4]。PMMA用于锂离子电池时，其界面的电阻低，界面稳定性好。PMMA制备工艺简单，原材料廉价，易溶于很多有机溶剂，基于此，PMMA基凝胶聚合物电解质受到人们的关注。PMMA基凝胶聚合物电解质的缺点是机械性能差，需要采用共聚、共混和交联等改性方法，才可以用于锂离子电。
1.4 PVDF基凝胶聚合物电解质
PVDF聚合物结构包括-CH2-CF2，其中-CF2为强推电子基团，介电常数高、能够保障电解质中锂盐的分解，使电解质的离子电导率提高。PVDF可与碳酸脂类增塑剂发生分子间相互作用力，吸液能力强。PVDF是半结晶聚合物，无定型区域小，锂离子在正负极间传递会受到较大的阻碍，界面阻抗高，离子电导率较低[5]。为更适应锂离子电池，对PVDF基凝胶聚合物电解质进行改性很重要。目前，一些共聚物体系已开始运用到锂离子电池中，如PVDF/PMMA、PVDF/PAN、PVDF/PEO等。
2 凝胶聚合物电解质的制备方法与技术趋势
常规制备方法包括直接凝胶法、萃取法、浇注法、聚合物交联法和静电纺丝法。直接凝胶法具有环境污染的问题；浇注法由于溶剂挥发同样会造成环境污染的问题。交联分为物理交联和化学交联，物理交联指聚合物分子之间形成相互作用力，它容易受外界环境的影响。化学交联指聚合物分子间有化学键形成，它的稳定性好。化学交联型凝胶聚合物电解质中含有三维网络结构，稳定性好，既可提供高离子电导率，又能提高其机械性能，是目前凝胶聚合物电解质制备领域的研究热点。静电纺丝技术制备的纤维膜具有三维多孔结构，有利于吸收更多的电解液，增加锂离子的传输通道，加快锂离子的传输，目前也是研究热点。
3 结语
本文综述了锂离子电池凝胶聚合物电解质的材质种类，并分析了其中不同种类凝胶聚合物电解质的优缺点。目前，凝胶聚合物电解质的性能仍不理想，探索更加稳定、清洁的材料和方法对于提高凝胶聚合物电解质的综合性能依然是研究热点。
参考文献
[1]Matoba Y, Ikeda Y, Kohjiya S. Ionic conductivity and mechanical properties of polymer networks prepared from high molecular weight branched poly(oxyethylene)s [J]. Solid State Ionics Diffusion & Reactions, 2002, 147(3-4):403-409.
[2]Liu Y, Lee J Y, Hong L. In situ preparation of poly(ethylene oxide)–Si O2 composite polymer electrolytes[J]. Journal of Power Sources, 2004, 129(2): 303-311
[3]李子荣, 孟庆安, 管荻华,等. PAN为基凝胶聚合物电解质自扩散系数的NMR研究[J].物理学报, 1999, 48(6):1175-1178.
[4]校峰, 赵旭东. 丙烯酸酯类凝胶聚合物电解质研究进展[J]. 化工新型材料, 2008, 36(2): 1-3.
[5]Horibe H, Taniyama M. Poly(vinylidene fluoride) Crystal Structure of Poly(vinylidene fluoride) and Poly(methyl methacrylate) Blend after Annealing[J]. Journal of the Electrochemical Society, 2006, 153(2): 2347-2359.
作者简介
张红万(1988—)，男，江西抚州人，硕士研究生，助理研究员，研究方向：电化学。